GEOINFORMATION IV Echtzeitvisualisierung: Level – Of – Detail Seminarbeitrag von: Michael Homoet

GEOINFORMATION IV

Echtzeitvisualisierung:Level – Of – Detail

Seminarbeitrag von: Michael Homoet

Michael Homoet – Seminar Geoinformation IV – 02. Mai 2002 2

Gliederung

• Visualisierung von 3D – Stadtmodellen

• Level – Of – Detail Modellierung – Nach Schilcher und Roschlaub– Nach Bartel und Köninger

• Feature preserving Simplification– Q–Slim–Algorithmus

• Beispiele

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Visualisierung von 3D Stadtmodellen

• 3-dimensionales Modell einer Stadt,von Stadtteilen oder einzelner Gebäude mit geod. Koordinatenbezug

• Repräsentation aller relevanten und feststehenden Objekte im Computer

• Ziele: - Originalgetreue Darstellung–Photorealismus–Darstellung von Planungsvarianten –(inter)aktive Begehbarkeit des Modells

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Motivation

Konflikt zwischen möglichst realistischer Darstellung und einer guten echtzeitfähigen Präsentation

• je detaillierter die Daten dargestellt werden, um so größer wird der Rechenaufwand

• die Darstellung läuft nicht mehr flüssig• die Übertragung ins Web bereitet Probleme (Bandbreite)

Lösung: Level–Of–Detail–Modellierung

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Level of Detail

• Als Level of Detail (LoD) wird der unterschiedliche Detaillierungsgrad eines Modelles oder Objekts beschrieben

• Modellierungsmöglichkeiten:

1. Modelle unterschiedlicher Granularität / Auflösung (statisch)

2. Modelle mit variabler Darstellungskomplexität

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LoD Hierarchie

Die Statische Variante kann man grob in 3 Klassen einteilen:

1. LoD 1: Blockmodell2. LoD 2: erw. Blockmodell3. LoD 3: Detailmodell

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LoD 1: Blockmodell

Klötzchenmodell

• Grundriß

• Gebäudehöhe

• Straßen

• keine Dachform

Hüllenkörper für Gebäudedarstellung

Straßen ohne jegliche Ausschmückung

Anwendung: flächendeckend

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LoD 2: Erweitertes Blockmodell

realitätsähnliche Gebäude

• Firstlinien

• einfache Fassadentextur

• Vegetation

Generalisierte Dächer und Hausfassaden

Straßen mit Markierungen und Grünflächen

Anwendung: Stadtteil(e)

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LoD 3: Detailmodell

realitätsnahe Gebäude

• Phototextur

• Dachstruktur

• Straßenmöblierung

• detaillierte Vegetation

Darstellung aller wichtigen geometrischen und radiometrische Eigenschaften

Anwendung: Einzelprojekt(e)

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Zum Überblick

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Warum das nicht reicht!

• Bei der interaktiven Visualisierung werden oft mehrere Detailstufen im selben Modell verwendet

• Hierzu werden die Objekte in verschiedenen Auflösungen abgespeichert und nach verschiedene Kriterien eingesetzt

• Erwünscht ist eine einfache Methode aus komplexen Modellen einfachere zu generieren

Möglichkeit: Feature preserving Simplification

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Kriterien zur Auswahl der Auflösung einzelner Objekte

• Pixel Area: die Anzahl der Pixel die ein Objekt bedeckt

• Distance to objekt: je näher man am Objekt ist – desto detaillierter die Auflösung

• Dependence on visual angle: Blickwinkel zum Objekt charakterisiert den Detailgrad

• Explicite choice: Explizite Auswahl – von Objekt zu Objekt unterschiedlich

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Grundlagen zur Vereinfachung

• Objekte werden oft mittels TIN dargestellt

• Ausdünnung erfolgt in den meisten Fällen durch:

1. Knotenverschmelzung2. Kantenverschmelzung

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Kantenverschmelzung

1. Auswählen der zu löschenden Kante2. Neue Position der Punkte bestimmen und

diese entsprechend bewegen3. Alle adjazenten Kanten ändern

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Knotenverschmelzung

1. Auswählen eines Punktpaares2. Punkte auf der Verbindungslinie zum

neuen Punkt bewegen3. Kanten entsprechend ändern

Knotenverschmelzung deshalb weil die Punkte

nicht verbunden sind

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Feature preserving Simplification

• modifizierter Q-Slim-Algorithmus dient zur Generalisierung der Objekte

• Modifizierung: Ergänzung der Knoten v ent-sprechend der Priorität

• Unterschied zu den anderen Algorithmen:Es werden nicht nur Geometrische und

Oberflächeneigenschaften, sonder auch Spezifische objektbedeutende Details zur Generalisierung herangezogen

Offen bleibt hier die Frage:Wer wie entscheidet was von Bedeutung ist?

v=(vx,vy,vz)v=(vx,vy,vz,vD)

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Ablauf der Modifizierung

1. Initialisierung aller Ecken mit vD=0

2. Jede signifikante Ecke bekommt einen Prioritätsfaktor vD>0 zugewiesen

Detailwichtige Punkte bekommen ein hohes Gewicht

werden also erst spät verschmolzen Ecke kann als Vektor behandelt werden

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Q-Slim Algorithmus

Input: TINOutput: generalisiertes TIN

Algorithmus benutzt:1. Pair Contractions2. Error Quadrics

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Q-Slim Algorithmus

Iterative Prozedur:1. Initialisieren der Q Matrix

Symetrische Matrix aus den Normalen auf den Dreiecken

],,,[ dnnnp

ppQ

ZYX

T

2. Mögliche Paare (v1,v2) auswählen3. Optimale Verschmelzungsstellen

der Punkte und ihrer Fehler berechnen

4. Nach und nach die Punktpaare mit den kleinsten Fehlerwerten zusammenfügen und die anderen Paare aktualisieren

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Q-Slim:

Feature preserving Simplification

Gewinn durch die Modifizierung

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Bei der Modellierung

bleiben wichtige Details

erhalten!

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Eine kurze Animation

© Chr. Averdung u. M. Ellsiepen

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit

Noch Fragen???

Michael Homoet

michael@homoet.de

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Literatur

BARTEL, S., BILL, R., BOYTSCHEFF, C., KÖNINGER, A., 1997: Datenfusion zur Erstellung realitätsnaher 3D-Geoinformationssysteme für städtebauliche Planungen, - Zeitschrift für Photogrammetrie und Fernerkundung (ZPF)Köninger, A. und Bartel, S.: 3D-GIS für urban planning – object hierachy, mehods and interactivityCoors, V.: Feature-preserving Simplifivation in Web-based 3D-GIS

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Literatur

Coors, V. und Flick, S.: Integrating Level of Detail in a Web-based 3D-GISRanzinger, M. und Gleixner G.: Digitale 3D-Stadtmodelle für Planung und PräsentationSchilcher, M. und Roschlaub, R. und Guo, Z.: Vom 2D-GIS zum 3D-Stadtmodell durch Kombination von GIS-, CAD- und Animationstechniken (ACS - Fachtagung Geoinformationssyteme, 14. November 1998, Frankfurt a. Main)

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Fehler EllipsenJe größer die

Ellipse, desto mehr würde die

Verschmelzung auffallen